基于翻转课堂的《医学细胞生物学实验》教学设计

刘星 郝燕 夏春丽 冯昆 张青峰 魏妮娜

摘  要：随着现代教育技术的发展，翻转课堂的教学模式被广泛使用，并取得卓越的教学效果。目前大多数高校实验教学还是采用传统的教学模式，不利于实验课程的发展。利用翻转课堂的教学模式，结合超星学习通公共平台，以细胞融合实验为例，对医学细胞生物学实验进行改革和创新，有利于改善教学效果，提高实验教学水平，培养医学生的创新能力和科研素养，促进学科建设和发展。

关键词：翻转课堂;实验教学;细胞融合;医学细胞生物学

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）25-0081-03

Abstract： With the development of modern educational technology， flipped classroom is widely used and has achieved excellent effect on teaching. However， the experimental teaching of most colleges and universities still uses the traditional teaching mode， which is not conducive to the development of experimental courses. Taking cell fusion experiments as an example to reform the medical cell biology experiments by flipped classrooms and combining with the public platform of superstar learning is helpful to improve the teaching effect and the level of experimental teaching. In addition， this teaching mode also plays an important role in cultivating the creative ability and scientific research literacy of students， and promotes construction and development of subjects.

Keywords： flipped classroom; experimental teaching; cell fusion; medical cell biology

翻轉课堂（Flipped Classroom）又称反转课堂，是一种与传统教学模式相反的教学模式，主要通过借助现代教学微视频或学习平台等来取代传统课堂知识讲授，将知识的讲解置于课前，要求学生在课前通过共享平台自主观看学习[1]。在课堂上再通过教学活动和互动交流，集中解决学生在学习过程中产生的困惑和疑问，进而实现知识的内化[2]。它颠覆了传统教学的讲授模式，将课堂有限的宝贵时间主要用于知识的高级认知和实践应用[1]。翻转课堂自2011年在美国开始实行，随后传播到世界各地，掀起了一波教改新浪潮。随着翻转课堂的广泛应用和取得的卓越成效，国内许多学校包括中小学，职校和高等院校纷纷开展了翻转课堂教学模式的探讨和应用，并取得了较好的教学效果，翻转课堂教学模式的可行性和优越性得到了充分的肯定和证实[3，4]。翻转课堂要求学生在课前完成理论知识的初步理解，并通过搜集相关素材以加深对知识的记忆，在课内通过多种教学手段如PPT讲授，小组讨论等开展知识的应用、分析、评价等高级认知内容。因此，为了实现这种翻转，任课教师需要根据各个知识点的教学目标，提前设计好相关的问题、案例或者实验等，引导学生思考，通过阅读文献、书籍等方式系统了解相关知识点，并对所了解的知识进行梳理，形成较为系统的知识认知。在课堂上引导学生分析问题、提出方案、验证方案和评价方案，最终达到在知识、能力和情感方面的教学目标[5]。与传统教学中老师为“主角”的模式完全不同，翻转课堂教学模式在整个教学过程把学生当成“主角”。因此，在翻转课堂教学实施过程中，教师必须根据教学目的和教学大纲设计“以学生为中心”的教学体系，以满足方案的验证、分析和评价等活动的需求[1]。

实验教学的发展历程相对理论教学较短，目前大多数院校开设的实验课依旧采用传统的教学模式，即实验前教师讲授实验原理，实验操作步骤和注意事项等，然后学生根据固有的实验操作步骤等来完成相关实验操作，获得特定的实验结果[6，7]。在这个过程中，学生只需要重复相应的实验操作，缺乏独立思考的过程，未能引发学生对实验结果的思考，不利于培养学生发现问题，思考问题，解决问题的能力，也不利于提高学生的科研素养。除此之外，很多课程中实验课成绩占总成绩的比值较低，导致学生不充分重视实验课程，应付式的完成实验报告。因此，这种传统的教学模式不利于有效实现理想的教学目标和良好的教学效果[8，9]。因此，利用现代教学手段改变传统的高校实验课堂教学模式，转变教师的教育理念，不断更新学习内容，改变学习形式等迫在眉睫。

医学细胞生物学是生命科学的四大基础学科之一，通过实验课程的开设，有助于学生深入认识细胞的形态、结构和功能等，加深对理论知识的巩固[10，11]。通过课程学习，学生能掌握研究细胞组分，结构特点的基本方法和技能，并培养学生善于观察、独立思考和综合运用知识技能的能力[11，12]。但目前我校区医学细胞生物学实验课程由于教学方法单一，教学模式跟不上时代的发展，实验教学效果不佳，不利于整体教学水平的提高。因此，本文以经典的基础实验“细胞融合”为例，以个性化高效率学习为教学目标，结合现校区所使用的超星学习通平台，利用翻转课堂教学模式设计一套实验教学方案，以促进实验教学的发展，提高实验教学水平，改善实验教学效果。

细胞融合（cell fusion）是指由2个或2个以上的细胞合并成1个核或多核的杂核细胞的过程，也称细胞杂交[13]。目前体外细胞融合的方法主要有生物法（病毒法）、化学法（PEG法）、物理法（脉冲、激光法）和细胞融合芯片法[14]。通常在实验教学中使用简单易行的PEG诱导融合的方法。为了让学生学有所用，并能学以致用，充分提高学生对理论结合实践的认识和体会，以及对实验严谨性的认识和科学态度，取得良好的教学效果[15]。本文以翻转课堂教学模式实行对细胞融合实验进行改革，为医学细胞生物学进一步的实验教学改革奠定一定基础和积累相应的经验。具体教学设计如下：

一、实验教学视频的制作

教学视频以直观生动的形式将实验步骤展现出来，更有利于学生全面的了解实验过程，对整体的实验有清晰的认识和把握，因此需要授课教师录制相关视频。视频资料中包括实验原理介绍，原理介绍可通过动画或下载相应视频进行清晰的讲解;实验所需仪器、试剂、用具等应配合实物一一介绍，对于仪器设备还需录制相应的使用步骤，以便学生充分了解仪器的具体使用方法。实验操作步骤的完整演示，充分展示整个实验操作流程，并应对操作步骤中的注意事项进行强调，以防学生在试剂操作过程中忽视实验细节导致实验结果不佳。在本实验中可自行录制或者下载细胞融合过程的视频，便于学生清晰的认识细胞融合发生的全部过程。利用视频编辑软件将录制的视频和下载的相关素材等进行剪辑和配音，完成教学视频。

二、学习资料的搜集与共享

课前在超星学习通平台上传实验分组情况，视频资料，教学PPT，教学设计方案，实验评分细则、标准和实验报告书写要求等。建立讨论组，针对实验过程中不理解的知识进行解答。要求学生进行自主学习，熟悉实验目的，实验原理和实验流程。鼓励学生搜集实验相关的内容，让学生不但能够“知其然”，而且还“知其所以然”[11]。同时将文献数据库如中国知网、万方、维普、NCBI等网址分享至学习平台，激励学生通过正规的数据库搜集可靠资料。细胞融合实验要求学生自行查阅文献资料，从PEG的分子量大小、浓度，诱导融合的时间，缓冲液的pH值，诱导融合的温度五个方面来优化细胞融合率。教师将具体任务按组（五个大组，每组约8人）分配给学生，由学生自行推选小组长，小组长负责分配具体任务给组员，比如制作PPT，查找资料，设计实验方案等指定专人负责。并召集小组成员针对实验方案、PPT等进行讨论和修改。提前2天将实验设计的具体方案提交，由任课教师审核通过，以便于实验准备教师提前准备好实验用品等。通过集中讨论后，小组将具体的实验设计方案制作成PPT，内容包括实验原理的介绍，实验设计的具体思路和操作步骤，以及实验中应该注意的事项等。

三、课堂实施策略

课堂中由小组推选PPT讲解人，对小组设计的实验方案进行详细讲解，时间控制在8分钟以内。授课教师和其他小组成员对讲解小组设计的方案进行综合评价，同时也可提问，互相讨论。讲解结束后对该小组整体表现进行评分，具体评分细则如下：1. 设计方案的可行性、合理性和可操作性（40分）;PPT制作是否精美，简洁，突出重点，是否有动画或视频资料等（30分）;讲解是否简单易懂、清晰有条理，表述是否流畅（20分）;回答问题是否全面、切入主题（10分）。各组讲解完毕，分别按照自行设计的方案进行实验，以小组的形式共同协作完成，比如探讨PEG浓度对细胞融合的影响，可设计5个不同PEG浓度，分别由两个同学负责合作完成细胞融合实验。探讨PEG分子量大小对细胞融合的影响，可设置PEG2000，4000，6000，8000等;探讨诱导融合时间的影响，可设置2，4，6，8，10min等时间梯度;探讨缓冲液pH值可设置为6.0，7.0，8.0，9.0等梯度;诱导温度可设置37～57℃不同梯度。学生在实验过程中必须认真观察并记录实验现象。实验结束后，要求各小组对实验结果进行拍照，并计算出细胞融合率。小组成员对实验结果进行比较分析，获得最佳诱导细胞融合的条件，将实验结果（包括照片和融合率的计算结果）上传到超星学习通平台上，其他小组成员和教师对每组实验结果进行评分，评分细则包括图片的清晰度，颜色的饱和度，涂片背景是否洁净，细胞融合率是否有变化。最后，由教师对每组实验结果进行点评，重点指出实验过程中存在的不足或者应该要注意的細节。同时引导学生思考细胞融合技术的应用前景和实际意义，细胞发生融合的条件以及细胞融合在现代医学中的作用等。

四、课后反馈

实验课结束后要求学生提交实验报告，报告中需绘制详细的实验流程图和实验结果，对实验结果进行深入分析，总结实验成功或者失败的经验和教训。实验讨论中要求查阅文献深入回答细胞融合技术的应用前景和实际意义等思考题。教师根据实验报告书写是否规范，排版是否合理，简洁，字迹是否工整，实验流程图是否清晰有条理，实验结果呈现是否精美，讨论是否深入等对实验报告进行评分，并将实验报告成绩通过超星学习通平台反馈给学生。最后学生实验成绩由三部分组成：课前准备（30%）、课堂表现（50%）、课后反馈（20%）。课前准备分为两部分：教师通过学习平台考察学生是否观看和学习共享的相关资料，是否参与实验讨论中，占该部分评分的30%;小组长根据每个组员的参与度、积极性、配合情况等进行评分（分值100），占该部分评分的70%。课堂表现分为2部分：利用超星学习通平台当场进行的评分，包括讲解PPT和实验结果的评定，各占50%。课后反馈即教师给每组实验报告的评分。

通过结合超星学习通平台，利用翻转课堂的教学模式，对细胞融合实验进行改革，可充分调动学生的主动性和积极性，培养学生对科研实验的兴趣，激发他们的探索欲，锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，有利于培养学生的动手能力，科研设计能力等。通过改革，加强医学生对基础学科的重视，培养医学生将专业基础知识与临床实例进行有机结合的能力。学生的实验成绩由原本单一的教师评分，转化为学生互评和教师评分的综合成绩，更有助于鼓励学生发挥主观能动性，充分参与到实验中来，真正体会自行设计实验，验证实验结果的乐趣，从而激发学生对基础实验课的浓厚兴趣和对科研的探索欲。同时能和理论有机结合起来，加深学生对理论知识的理解和记忆，巩固课本上的难点和重点内容，拓宽学生的视野和知识面。在实验教学中对传统的教学方法进行改革和创新，在深化教育改革，提高实验教学质量，培养大学生的创新精神与实践动手能力等方面发挥着重要的作用[16]。教学改革的路还很漫长，需要广大教育工作者在教学工作中敢于创新，勇于尝试，为提高教学质量，培养新一代综合型人才做出贡献。